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JP2024112785A - System for manufacturing high-quality semiconductor single crystal and method of manufacturing the same - Google Patents

System for manufacturing high-quality semiconductor single crystal and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2024112785A
JP2024112785A JP2024016507A JP2024016507A JP2024112785A JP 2024112785 A JP2024112785 A JP 2024112785A JP 2024016507 A JP2024016507 A JP 2024016507A JP 2024016507 A JP2024016507 A JP 2024016507A JP 2024112785 A JP2024112785 A JP 2024112785A
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crucible
sublimation
heating system
coil
growth
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JP2024016507A
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Ecker Bernhard
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Ralf Mueller
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Schuh Philipp
ストックマイヤー マティアス
Stockmeier Matthias
フォーゲル ミヒャエル
Michael Vogel
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Sicrystal GmbH
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide systems and methods for growing bulk semiconductor single crystals, more specifically, for growing bulk semiconductor single crystals, such as silicon carbide, based on physical vapor transport.
SOLUTION: A sublimation system for growing at least one single crystal of a semiconductor material by a sublimation growing process comprises a crucible (102) having a longitudinal axis (120) and comprising fixing means for at least one seed crystal (110) and at least one source material compartment (104) for storing a source material (108); a heating system formed to generate an irregular temperature field around the circumference of the crucible at one or more defined heights along the longitudinal axis of the crucible; and a rotary drive that is operable to cause a rotational movement of the fixing means around the longitudinal axis relative to the heating system.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本発明は、バルク半導体単結晶を成長させるための、より具体的には、物理的気相輸送に基づいて炭化ケイ素などのバルク半導体の単結晶を成長させるためのシステムおよび方法に関する。 The present invention relates to systems and methods for growing bulk semiconductor single crystals, and more particularly, for growing single crystals of bulk semiconductors such as silicon carbide based on physical vapor transport.

炭化ケイ素(SiC)は、パワーエレクトロニクス、無線周波、および発光半導体部品などの幅広い用途の電子部品のための半導体基板材料として広く使用される。 Silicon carbide (SiC) is widely used as a semiconductor substrate material for electronic components in a wide range of applications, such as power electronics, radio frequency, and light emitting semiconductor components.

物理的気相輸送(PVT:physical vapor transport)は、一般に、バルクSiC単結晶を成長させるために、特に商業目的に使用される。SiC基板は、バルクSiC結晶から(例えば、ワイヤソーを使用して)スライスを切り出し、そのスライス表面を一連の研磨工程で仕上げ加工することによって製造される。完成したSiC基板は、エピタキシャル工程などで半導体部品の製造に用いられ、そこで、適切な半導体材料(例えば、SiC、GaN)の薄い単結晶層がSiC基板上に堆積される。堆積される単分子層およびそれから製造される部品の特性は、基礎となる基板の品質および均質性に決定的に左右される。この理由から、SiCの優れた物理的、化学的、電気的および光学的性質は、それを、パワーデバイス用途に好ましい半導体基板材料にしている。 Physical vapor transport (PVT) is commonly used to grow bulk SiC single crystals, especially for commercial purposes. SiC substrates are produced by cutting slices from a bulk SiC crystal (e.g., using a wire saw) and finishing the slice surface in a series of polishing steps. The finished SiC substrate is used in the manufacture of semiconductor components, such as in an epitaxial process, where a thin single crystalline layer of a suitable semiconductor material (e.g., SiC, GaN) is deposited on the SiC substrate. The properties of the deposited monolayer and the components produced therefrom depend crucially on the quality and homogeneity of the underlying substrate. For this reason, the excellent physical, chemical, electrical and optical properties of SiC make it a preferred semiconductor substrate material for power device applications.

PVTは、基本的に、好適な材料の昇華とそれに続くシード結晶への再凝固を伴う結晶成長方法であり、シード結晶で単結晶の形成が起こる。原材料およびシード結晶が成長構造の内部に入れられ、原材料を加熱によって昇華させる。昇華した蒸気は次いで、原材料とシード結晶との間に設定された勾配を有する温度場に起因して制御された形で拡散し、シード上に堆積して単結晶として成長する。 PVT is essentially a crystal growth method involving the sublimation of a suitable material and its subsequent resolidification onto a seed crystal, where the formation of a single crystal occurs. The source material and the seed crystal are placed inside a growth structure, and the source material is sublimated by heating. The sublimated vapor then diffuses in a controlled manner due to a gradient temperature field set up between the source material and the seed crystal, depositing on the seed and growing as a single crystal.

従来のPVTに基づく成長システムは、一般に、原材料を昇華させるために誘導加熱システムまたは抵抗加熱システムのいずれかを利用している。両方の場合とも、PVTに基づく成長システムの核となるのはいわゆる反応器である。基本的に、坩堝と、シード結晶のための固定手段とを備え、従来は絶縁のためのグラファイト材料および炭素材料から作られる成長構造は、反応器の内部に置かれ、反応器の外側に配置された誘導コイル、または反応器の外側もしくは内側に配置された抵抗ヒータのいずれかによって加熱される。成長構造内の温度は、成長構造のオーバーチュア(overture)の近くに設置された、1つもしくは複数の高温計または1つもしくは複数の熱電対によって測定される。真空シールされた反応器は、1つまたは複数の真空ポンプによって真空引きされ、1つまたは複数のガス供給を介して不活性ガスまたはドープガスの供給を受けて、制御されたガス(ガス混合物大気)を作り出す。すべてのプロセスパラメータ(圧力、温度、ガス流量等)は、コンピュータによって操作されるシステムコントローラによって調節、制御、および記憶することができ、コントローラは、すべての関連する構成要素(例えば、インバータ、高温計、真空制御弁、マスフロー制御(MFC)、および圧力計)と通信する。 Conventional PVT-based growth systems generally utilize either induction or resistance heating systems to sublimate the raw material. In both cases, the core of a PVT-based growth system is the so-called reactor. Basically, a growth structure, comprising a crucible and a fixing means for the seed crystal, traditionally made from graphite and carbon materials for insulation, is placed inside the reactor and heated either by an induction coil located outside the reactor or by a resistance heater located outside or inside the reactor. The temperature in the growth structure is measured by one or more pyrometers or one or more thermocouples, installed near the overture of the growth structure. The vacuum-sealed reactor is evacuated by one or more vacuum pumps and receives a supply of inert or doping gases via one or more gas supplies to create a controlled gas (gas mixture atmosphere). All process parameters (pressure, temperature, gas flow rates, etc.) can be regulated, controlled, and stored by a computer operated system controller, which communicates with all relevant components (e.g., inverters, pyrometers, vacuum control valves, mass flow controls (MFCs), and pressure gauges).

誘導加熱されるPVTシステムの場合、反応器は、通常、1つまたは複数のガラス管を含み、このガラス管は、場合により水で冷却され、両端に反応器の内部を大気に対して封止するためのフランジが設けられている。そのような誘導加熱されるPVTシステムの例が、特許、米国特許第8,865,324号明細書に記載されている。図8は、そのような従来の誘導加熱されるPVTシステム800を示す。 In an inductively heated PVT system, the reactor typically includes one or more glass tubes, optionally cooled with water, with flanges at both ends to seal the interior of the reactor from the atmosphere. An example of such an inductively heated PVT system is described in the patent U.S. Pat. No. 8,865,324. FIG. 8 shows such a conventional inductively heated PVT system 800.

成長機構800は成長坩堝802を備え、これはSiC供給領域804および結晶成長領域806を含んでいる。粉末状のSiC原材料808は、成長工程の開始前に、前加工された出発材料として成長坩堝802のSiC供給領域804に注入され、例えばSiC供給領域804に配置される。シード結晶810が、結晶成長領域806内の、成長坩堝802のSiC供給領域804に対向する内壁、例えば坩堝の蓋812に、提供される。成長させるバルクSiC単結晶は、結晶成長領域806内に形成されるSiC成長気相からの堆積によってシード結晶810の上に成長する。成長するバルクSiC単結晶とシード結晶810とは、およそ同じ直径を有してよい。 The growth mechanism 800 comprises a growth crucible 802, which includes a SiC supply region 804 and a crystal growth region 806. Powdered SiC raw material 808 is injected into the SiC supply region 804 of the growth crucible 802 as pre-processed starting material before the start of the growth process, e.g., placed in the SiC supply region 804. A seed crystal 810 is provided in the crystal growth region 806 on an inner wall of the growth crucible 802 facing the SiC supply region 804, e.g., on the crucible lid 812. The bulk SiC single crystal to be grown is grown on the seed crystal 810 by deposition from a SiC growth vapor phase formed in the crystal growth region 806. The bulk SiC single crystal to be grown and the seed crystal 810 may have approximately the same diameter.

坩堝の蓋812を含む成長坩堝802は、導電性および伝熱性のグラファイトの坩堝材料から製造されてよい。その周囲に熱絶縁(図には図示せず)が配置され、これは、例えば気泡状のグラファイト絶縁材料を含んでよく、その空孔率は特に、グラファイト坩堝材料の空孔率よりも高い。 The growth crucible 802, including the crucible lid 812, may be manufactured from an electrically and thermally conductive graphite crucible material. Thermal insulation (not shown in the figures) is disposed around it, which may include, for example, a cellular graphite insulation material, the porosity of which is in particular higher than the porosity of the graphite crucible material.

熱絶縁された成長坩堝802は、管状容器814の内部に置かれ、容器は、石英ガラス管として構成されてよく、オートクレーブまたは反応器を形成する。加熱コイル816の形態の誘導加熱装置が、容器814の周囲に配置されて、成長坩堝802を加熱する。成長坩堝802は、加熱コイル816により、2000℃超の成長温度まで、特に約2200℃まで、加熱される。加熱コイル816は、成長坩堝802の導電性の坩堝壁(いわゆるサセプタ)に、電流を誘導結合する。この電流は、実質的に、円形かつ中空で円筒形の坩堝壁の中を周方向に循環電流として流れ、その過程で成長坩堝802を加熱する。サセプタは、グラファイト、TaC、WC、Ta、W、または他の耐熱金属から作られ得る。サセプタの主要な目的は、坩堝802の内側の熱源を提供することである。サセプタが誘導によって加熱されると、サセプタの表面は高い温度に達し、その温度が次いで、伝導および/または放射を通じて坩堝802の内側に移される。 The thermally insulated growth crucible 802 is placed inside a tubular vessel 814, which may be configured as a quartz glass tube, forming an autoclave or reactor. An inductive heating device in the form of a heating coil 816 is arranged around the vessel 814 to heat the growth crucible 802. The growth crucible 802 is heated by the heating coil 816 to a growth temperature of more than 2000°C, in particular to about 2200°C. The heating coil 816 inductively couples an electric current to the conductive crucible wall (so-called susceptor) of the growth crucible 802. This current flows as a circulating current in the circumferential direction in the substantially circular, hollow, cylindrical crucible wall, heating the growth crucible 802 in the process. The susceptor may be made of graphite, TaC, WC, Ta, W, or other refractory metals. The primary purpose of the susceptor is to provide a heat source inside the crucible 802. When the susceptor is heated by induction, the surface of the susceptor reaches a high temperature, which is then transferred to the inside of the crucible 802 through conduction and/or radiation.

上述したように、誘導コイル816は、ガラス管814の外側に取り付けられ、通常は、電磁放射を遮断するための電磁遮蔽を形成するファラデーケージ(図面では見えていない)によって包囲される。誘導コイル816には等距離の巻き線が巻かれ、各巻き線は、隣の巻き線から距離d_1の距離にある。 As mentioned above, the induction coil 816 is mounted on the outside of the glass tube 814 and is typically surrounded by a Faraday cage (not visible in the drawings) that provides an electromagnetic shield to block electromagnetic radiation. The induction coil 816 is wound with equidistant turns, each turn being a distance d_1 from the next turn.

さらに、従来の抵抗加熱されるPVTシステムでは、加熱抵抗素子は反応器の内側に取り付けられる。反応器が金属製である場合、それは水または空気によって冷却することができる。抵抗加熱されるPVTシステムの例は、公開特許出願である米国特許出願公開第2016/0138185号明細書および米国特許出願公開第2017/0321345号明細書に記載されている。 Furthermore, in conventional resistively heated PVT systems, the heating resistive element is mounted inside the reactor. If the reactor is metallic, it can be cooled by water or air. Examples of resistively heated PVT systems are described in published patent applications U.S. Patent Application Publication No. 2016/0138185 and U.S. Patent Application Publication No. 2017/0321345.

現在、これらのおよび上述のものと同様の構成要素を備える他の従来のPVT成長システムは、昇華したガス種がシードおよび成長する単結晶の方へ移動するための駆動力を設定するために、径方向に可能な限り均質な温度場で坩堝の内部を加熱し、定められた温度勾配を軸方向に提供するという発想に基づいている。 Currently, these and other conventional PVT growth systems with similar components to those mentioned above are based on the idea of heating the inside of the crucible with a temperature field that is as homogeneous as possible in the radial direction and providing a defined temperature gradient in the axial direction in order to set up a driving force for the movement of the sublimated gas species towards the seed and the growing single crystal.

高品質の結晶の成長のためには、径方向における成長坩堝への均質な熱の結合が極めて重要であると考えられる。可能な限り均質に熱を結合することにより、結晶も可能な限り均質かつ対称的に成長するはずである。中でも、これは、貫通螺旋転位(TSD:threading screw dislocation)、およびステップ転位とも呼ばれる貫通刃状転位(TED:threading edge dislocation)の形成を防止すべきであり、それらの形成には、不均質で非対称的な熱分布、およびそれに伴う不均質で非対称的な成長が好都合に働く。 For the growth of high-quality crystals, homogeneous heat coupling to the growth crucible in the radial direction is considered crucial. By coupling heat as homogeneously as possible, the crystal should also grow as homogeneously and symmetrically as possible. Among other things, this should prevent the formation of threading screw dislocations (TSDs) and threading edge dislocations (TEDs), also called step dislocations, whose formation is favored by an inhomogeneous and asymmetric heat distribution and the associated inhomogeneous and asymmetric growth.

したがって、通常は、均質で、理想的な形で径方向に対称的である熱結合の成長システムを設計するためにあらゆる努力がなされ、現在の技術によると、誘導磁界に影響し得る構造要素は、そのような影響を回避するために、プラスチックまたは硬質紙または同様の複合材料および構造材料などの材料で作られる。 Therefore, every effort is usually made to design a thermally coupled growth system that is homogeneous and ideally radially symmetric, and according to current technology, structural elements that may affect the induced magnetic field are made of materials such as plastic or hard paper or similar composite and structural materials to avoid such effects.

しかし、本開示の発明者らは、最も均質で、理想的な形で径方向に対称的に熱を坩堝に結合する成長システムでも、最高品質の結晶、すなわち、可能な限り螺旋転位およびステップ転位がない結晶、を成長させることは可能でないことを発見した。 However, the inventors of the present disclosure have discovered that even the most homogeneous, ideally radially symmetrical growth systems that couple heat to the crucible do not allow for the growth of the highest quality crystals, i.e., crystals that are as free of screw and step dislocations as possible.

公開された欧州特許出願公開第3699328号明細書に、特に均質な絶縁を使用することによってSiC単結晶の品質を改良する方法が記載されている。 Published European Patent Application No. 3 699 328 describes a method for improving the quality of SiC single crystals, in particular by using homogeneous insulation.

しかし、均質な隔離の使用はすでに、均質で、したがって低欠陥の成長に有利に働くにも関わらず、最適化された隔離の使用は、常に転位のない結晶を製造するには十分でない。 However, even though the use of homogeneous isolation already favors homogeneous and therefore low-defect growth, the use of optimized isolation is not always sufficient to produce dislocation-free crystals.

さらに、公開された欧州特許出願公開第4060098号明細書は、螺旋転位を低減するための方法を開示しており、その方法では、シード結晶に存在する螺旋転位が、使用されるシード結晶の機械的な張力付与によって可動にされ、それにより、必要な場合には転位が出会ったときに互いを消滅させることができる。しかし、この方法は、結晶成長中に新たに形成される転位、特に螺旋転位およびステップ転位、を相互に消滅させるために可動化することはできない。その結果、可能な限り螺旋転位およびステップ転位のない結晶を成長させることが可能でない。 Furthermore, published EP 4060098 A1 discloses a method for reducing screw dislocations, in which the screw dislocations present in the seed crystal are made mobile by mechanical tensioning of the seed crystal used, so that, if necessary, the dislocations can annihilate each other when they meet. However, this method does not allow the dislocations newly formed during crystal growth, in particular screw and step dislocations, to be made mobile so that they annihilate each other. As a result, it is not possible to grow crystals that are as free as possible of screw and step dislocations.

米国特許第8,865,324号明細書U.S. Pat. No. 8,865,324 米国特許出願公開第2016/0138185号明細書US Patent Application Publication No. 2016/0138185 米国特許出願公開第2017/0321345号明細書US Patent Application Publication No. 2017/0321345 欧州特許出願公開第3699328号明細書European Patent Application Publication No. 3699328 欧州特許出願公開第4060098号明細書European Patent Application Publication No. 4060098 欧州特許第2664695号明細書European Patent No. 2664695

本発明は、従来技術の欠点および不都合点を鑑みてなされたものであり、その目的は、物理的気相輸送(PVT)により半導体材料の単結晶を成長させるためのシステム、および、改良された単結晶品質で、費用効果高く半導体材料の単結晶を製造する方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the shortcomings and disadvantages of the prior art, and has as its object to provide a system for growing single crystals of semiconductor material by physical vapor transport (PVT) and a method for producing single crystals of semiconductor material in a cost-effective manner with improved single crystal quality.

この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。 This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

本発明は、結晶成長中に、可能な限り均一で回転対称な、温度場を実現することを試みる代わりに、成長する結晶が時間可変の温度場を経験するようにすることも可能であるという発想に基づく。本開示の発明者らは、そのような時間的変動が、形成されている可能性のある螺旋転位および/またはステップ転位を動かし、それにより、転位が互いと遭遇し、互いを消滅させ得ることを発見した。詳細には、理想的に均質な場は、望まれる結晶品質を得るには明らかに十分でないため、ここに提示される手法は、転位が互いを打ち消し合うように、成長中に、周期的に変化する温度場によって転位の移動を誘起するものである。 The invention is based on the idea that instead of trying to achieve a temperature field during crystal growth that is as uniform and rotationally symmetric as possible, it is also possible to make the growing crystal experience a time-variable temperature field. The inventors of the present disclosure have discovered that such a time variation can move screw and/or step dislocations that may have formed, so that they can encounter and annihilate each other. In particular, since an ideally homogeneous field is clearly not sufficient to obtain the desired crystal quality, the approach presented here is to induce the movement of dislocations during growth by a periodically varying temperature field, so that they cancel each other out.

詳細には、昇華成長法により半導体材料の少なくとも1つの単結晶を成長させるための昇華システムが提供され、この昇華システムは、長手軸を有し、少なくとも1つのシード結晶のための固定手段と、原材料を収容するための少なくとも1つの原材料区画とを備えた、坩堝と、坩堝の円周の周りで、坩堝の長手軸に沿った1つまたは複数の定められた高さに、不規則な温度場を生成するように形成された加熱システムと、加熱システムに対する、長手軸を中心とした固定手段の回転運動を生じさせるように動作可能な回転駆動装置と、を備える。 In particular, a sublimation system for growing at least one single crystal of a semiconductor material by sublimation growth is provided, the sublimation system comprising a crucible having a longitudinal axis and with a fixing means for at least one seed crystal and at least one source material compartment for accommodating source material, a heating system configured to generate an irregular temperature field around the circumference of the crucible and at one or more defined heights along the longitudinal axis of the crucible, and a rotary drive operable to cause a rotational movement of the fixing means about the longitudinal axis relative to the heating system.

径方向の温度場および軸方向の温度場が区別されなければならないことに留意されたい。 Note that a distinction must be made between radial and axial temperature fields.

特に成長する結晶の領域内の、径方向の場は、回転装置によって結晶が一定して通過する不均質性を有さなければならない。これは、システムの種々の不規則性のために異なる角度範囲およびいくつかの高さで発生することもできる。 The radial field, especially in the region of the growing crystal, must have an inhomogeneity that the crystal passes through constantly due to the rotating device. This can occur at different angular ranges and at several heights due to various irregularities in the system.

軸方向の温度勾配は、主として成長のための駆動力であり、すなわち、シードが(粉末状)の原材料よりも冷たいので、昇華したSiおよびC種の輸送が発生することができる。しかし、周囲部の軸方向勾配は、径方向の勾配と同じように成長システムの不規則性によって乱される。 The axial temperature gradient is the primary driving force for growth, i.e., the transport of sublimated Si and C species can occur because the seed is cooler than the (powdered) source material. However, the axial gradient at the periphery is perturbed by irregularities in the growth system in the same way as the radial gradient.

したがって、この2つの勾配は、径方向および軸方向に結合される。 The two gradients are therefore combined in the radial and axial directions.

有利には、昇華システムは、磁場を生成するように動作可能な誘導コイルおよび/または抵抗加熱コイルを備える加熱システムを有し、いずれの場合もコイルは坩堝を少なくとも部分的に取り囲んでいる。誘導であれまたは抵抗であれ、そのようなコイル型の加熱システムは、成長する単結晶がその中を移動する非対称の温度場を与えるように容易に変形させることができる。 Advantageously, the sublimation system has a heating system comprising an induction coil and/or a resistive heating coil operable to generate a magnetic field, in either case the coil at least partially surrounding the crucible. Such coil-type heating systems, whether induction or resistive, can be easily modified to provide an asymmetric temperature field through which the growing single crystal moves.

加熱システムが誘導コイルに基づく場合、加熱システムは、磁場を操作するための電磁場制御要素を備えてよい。そのような電磁場制御要素は、例えば、金属製の支柱部材および/または極片を備えてよい。それにより、コイル自体に干渉する必要なく、特に容易なやり方で不規則性を作り出すことができる。 If the heating system is based on an induction coil, the heating system may comprise an electromagnetic field control element for manipulating the magnetic field. Such an electromagnetic field control element may comprise, for example, a metallic support member and/or a pole piece. Thereby, irregularities can be created in a particularly easy manner without the need to interfere with the coil itself.

他方で、加熱システムは、その巻き線の少なくとも1つに変形した断面を有するコイル、および/または、隣り合う巻き線から異なる距離を有するように配置された少なくとも1つの巻き線を有するコイルを備えてもよい。言い換えると、コイルの一部が、断面が変形されるか、または残りの等距離の巻きに対して軸方向にずらされるかのいずれかである。これにより、不規則な温度場を作り出す、特に明確に定義された方式が可能になる。 On the other hand, the heating system may comprise a coil with a deformed cross section in at least one of its turns and/or with at least one turn arranged to have a different distance from the adjacent turns. In other words, parts of the coil are either deformed in cross section or are axially offset with respect to the remaining equidistant turns. This allows a particularly well-defined scheme for creating an irregular temperature field.

温度場に不規則性を導入する特に簡単な方法は、コイルが、昇華システムの周方向端部に位置するのではなく、坩堝に近接する軸方向位置に配置された少なくとも1つの電気接点を備える場合に実現され得る。 A particularly simple way of introducing irregularities into the temperature field can be achieved if the coil has at least one electrical contact that is not located at the circumferential end of the sublimation system, but rather at an axial position close to the crucible.

シード結晶および成長する結晶が非対称な温度場を周期的に通過するようにさせるのに必要な回転を与えるために、様々な可能性が存在し、それらは、昇華システムのそれぞれの構造的条件に従って使用されてよい。回転駆動装置は、シード結晶および成長する単結晶が坩堝に対して回転可能となるように、固定手段に結合されてよく、および/または、回転駆動装置は、坩堝がシード結晶および成長する単結晶と共に、加熱システムに対して回転可能となるように、坩堝に結合されてよい。 To provide the necessary rotation for making the seed crystal and the growing single crystal pass periodically through the asymmetric temperature field, various possibilities exist, which may be used according to the respective structural conditions of the sublimation system. The rotary drive may be coupled to the fixing means such that the seed crystal and the growing single crystal are rotatable relative to the crucible and/or the rotary drive may be coupled to the crucible such that the crucible together with the seed crystal and the growing single crystal is rotatable relative to the heating system.

昇華システムが熱絶縁要素を備えている場合、回転駆動装置は、熱絶縁要素と坩堝とに結合されてもよく、それにより、熱絶縁要素および坩堝が加熱システムに対して回転可能となる。シード結晶が、径方向に非対称の温度場に対して移動する限り、可動の構成要素と固定された構成要素の任意の他の組合せも無論使用可能である。 If the sublimation system includes a thermal insulation element, a rotary drive may be coupled to the thermal insulation element and the crucible, such that the thermal insulation element and the crucible can be rotated relative to the heating system. Any other combination of movable and fixed components can of course be used, as long as the seed crystal moves relative to the radially asymmetric temperature field.

有利には、回転駆動装置は、1rpmから60rpmの範囲の、好ましくは10rpmの、回転速度を生じさせるように動作可能である。これらの速度は最良の結果を生むことが示され得る。 Advantageously, the rotary drive is operable to produce a rotational speed in the range of 1 rpm to 60 rpm, preferably 10 rpm. These speeds may be shown to produce the best results.

本開示はさらに、昇華成長法により半導体材料の少なくとも1つの単結晶を成長させる方法を提供し、この方法は、
長手軸を有する坩堝を用意し、少なくとも1つのシード結晶を坩堝の固定手段に固定し、少なくとも1つの原材料区画に原材料を充填することと、
加熱システムを用いて、坩堝の円周の周りに坩堝の長手軸に沿って、不規則な温度場を生成することと、
成長する単結晶が時間変動する温度場に曝されるように、加熱システムに対する、長手軸を中心とした固定手段の回転運動を生じさせることと、を含む。
The present disclosure further provides a method of growing at least one single crystal of a semiconductor material by sublimation growth, the method comprising:
Providing a crucible having a longitudinal axis, fixing at least one seed crystal to a fixing means of the crucible, and filling at least one source material compartment with source material;
generating a random temperature field around the circumference of the crucible and along the longitudinal axis of the crucible using a heating system;
causing a rotational movement of the fixing means about the longitudinal axis relative to the heating system such that the growing single crystal is exposed to a time-varying temperature field.

上述したように、用語「非対称の」または「不規則的な」温度場は、円周の周りの異なる軸方向温度勾配が、異なる径方向温度勾配と相関することを意味する。 As mentioned above, the term "asymmetric" or "irregular" temperature field means that different axial temperature gradients around the circumference correlate with different radial temperature gradients.

有利な例によると、坩堝と加熱システムとの間に熱絶縁体ユニットが設けられ、固定手段を熱絶縁体ユニットとの関係で回転させる。 According to an advantageous embodiment, a thermal insulator unit is provided between the crucible and the heating system, and the fixing means is rotated relative to the thermal insulator unit.

坩堝は、加熱システムとの関係で、および/または、坩堝と加熱システムとの間に設けられた熱絶縁体ユニットとの関係で回転させてもよい。 The crucible may be rotated relative to the heating system and/or relative to a thermal insulation unit provided between the crucible and the heating system.

有利な例によると、坩堝と加熱システムとの間に熱絶縁体ユニットが設けられ、坩堝および熱絶縁体ユニットを加熱システムとの関係で回転させる。 According to an advantageous embodiment, a thermal insulator unit is provided between the crucible and the heating system, and the crucible and the thermal insulator unit are rotated relative to the heating system.

上述したように、回転運動は、1rpmから60rpmの範囲の、好ましくは10rpmの、回転速度で行われてよい。 As mentioned above, the rotational movement may be performed at a rotational speed ranging from 1 rpm to 60 rpm, preferably 10 rpm.

有利には、生成される温度場は、互いと少なくとも2Kから15K以下異なる、好ましくは互いと5K異なる、領域を有する。 Advantageously, the temperature fields generated have regions that differ from each other by at least 2K and no more than 15K, preferably by 5K.

特に、5Kの温度差と10rpmの速度との組合せは、結果として、螺旋転位およびステップ転位を可動化するための理想的な条件をもたらす。 In particular, the combination of a temperature difference of 5 K and a speed of 10 rpm results in ideal conditions for mobilizing screw and step dislocations.

回転装置と組み合わせた成長システムへの意図的な非対称性の導入を通じて、転位、すなわちTSDおよびTEDが可動化され、適切な条件下では、互いと出会ったときに互いを打ち消し合うことができる。これは、全体的な転位予算を低減し、成長した単結晶の品質を向上させる。 Through the intentional introduction of asymmetry into the growth system in combination with the rotation device, dislocations, namely TSDs and TEDs, are mobilized and, under appropriate conditions, can cancel each other out when they meet. This reduces the overall dislocation budget and improves the quality of the grown single crystal.

添付図面は、本発明のいくつかの実施形態を図示するために本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす。これらの図面は、説明と併せて、本発明の原理を説明する役割を果たす。図面は、本発明がどのように作製され、使用され得るかの好ましい例および代替例を図示する目的に過ぎず、本発明を図示および説明される実施形態だけに制限するものとは解釈すべきではない。さらに、実施形態のいくつかの態様は、個別にまたは異なる組合せで、本発明による解決法を形成し得る。よって、以下の説明される実施形態は、単独で、またはそれらの任意の組合せで考察され得る。添付図面に図示される、以下の本発明の様々な実施形態のより詳細な説明から、さらなる特徴および利点が明らかになるであろう。添付図面では、同様の参照符号は同様の要素を参照する。 The accompanying drawings are incorporated into and form a part of this specification to illustrate several embodiments of the present invention. These drawings, together with the description, serve to explain the principles of the present invention. The drawings are only for the purpose of illustrating preferred and alternative examples of how the invention can be made and used, and should not be construed as limiting the invention to only the embodiments shown and described. Moreover, several aspects of the embodiments may form solutions in accordance with the present invention, either individually or in different combinations. Thus, the following described embodiments may be considered alone or in any combination thereof. Further features and advantages will become apparent from the following more detailed description of various embodiments of the present invention, as illustrated in the accompanying drawings, in which like reference numerals refer to like elements.

第1の例による昇華システムの模式的断面側面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of a sublimation system according to a first example. さらなる例による昇華システムの模式的断面側面図である。1 is a schematic cross-sectional side view of a sublimation system according to a further example. さらなる例による昇華システムの模式的断面側面図である。1 is a schematic cross-sectional side view of a sublimation system according to a further example. さらなる例による昇華システムの模式的断面側面図である。1 is a schematic cross-sectional side view of a sublimation system according to a further example. さらなる例による昇華システムの模式的上面図である。1 is a schematic top view of a sublimation system according to a further example. さらなる例による昇華システムの模式的上面図である。1 is a schematic top view of a sublimation system according to a further example. さらなる例による昇華システムの模式的断面側面図である。1 is a schematic cross-sectional side view of a sublimation system according to a further example. 知られている昇華システムの模式的断面側面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional side view of a known sublimation system.

本発明について、次いで図を参照しながら、最初に図1を参照して詳細に説明する。 The present invention will now be described in more detail with reference to the figures, first with reference to FIG. 1.

図1は、本開示の第1の例による昇華システム100を示す。昇華システムという語は、昇華成長法を用いて半導体材料の少なくとも1つの単結晶を成長させるための任意のシステムを包含するように意図されることに留意されたい。好ましくは、この語は、図8を参照して説明されたような、炭化ケイ素(SiC)ボリューム単結晶を成長させるための物理的気相輸送(PVT)システムを指す。 Figure 1 shows a sublimation system 100 according to a first example of the present disclosure. It should be noted that the term sublimation system is intended to encompass any system for growing at least one single crystal of a semiconductor material using a sublimation growth method. Preferably, the term refers to a physical vapor transport (PVT) system for growing silicon carbide (SiC) volume single crystals, as described with reference to Figure 8.

昇華システム100は、成長坩堝102を備え、これは、原材料区画、特にSiC供給領域104および結晶成長領域106を含んでいる。粉末状のSiC原材料108が、成長工程の開始前に、前加工された出発材料として成長坩堝102のSiC供給領域104内に注入され、例えばSiC供給領域104に配置される。原材料108は、原材料108の密度を高めるために、高密度化されるか、または少なくとも部分的に固体材料から構成されてもよい。 The sublimation system 100 comprises a growth crucible 102, which includes a source material compartment, in particular a SiC supply area 104 and a crystal growth area 106. A powdered SiC source material 108 is injected into the SiC supply area 104 of the growth crucible 102 as a pre-processed starting material before the start of the growth process, e.g., placed in the SiC supply area 104. The source material 108 may be densified or at least partially composed of a solid material in order to increase the density of the source material 108.

シード結晶110が、結晶成長領域106内の、成長坩堝102のSiC供給領域104に対向する内壁、例えば坩堝の蓋112に、提供される。成長させるバルクSiC単結晶は、結晶成長領域106内に形成されるSiC成長気相からの堆積によってシード結晶110の上に成長する。成長するバルクSiC単結晶とシード結晶110とは、およそ同じ直径を有してよい。結晶チャネルの直径がシード結晶110の直径よりも大きい場合、バルクSiC単結晶は、シード結晶110よりも大きい直径を有してもよい。しかし、成長したバルクSiC単結晶の使用可能な低欠陥直径は、通常、シード結晶の直径と同じ大きさである。 A seed crystal 110 is provided in the crystal growth region 106 on an inner wall of the growth crucible 102 facing the SiC supply region 104, for example the crucible lid 112. The bulk SiC single crystal to be grown is grown on the seed crystal 110 by deposition from a SiC growth vapor phase formed in the crystal growth region 106. The bulk SiC single crystal to be grown and the seed crystal 110 may have approximately the same diameter. If the diameter of the crystal channel is larger than the diameter of the seed crystal 110, the bulk SiC single crystal may have a larger diameter than the seed crystal 110. However, the usable low defect diameter of the grown bulk SiC single crystal is typically the same size as the diameter of the seed crystal.

坩堝の蓋112を含む成長坩堝102は、導電性および伝熱性のグラファイト坩堝材料から製造されてよい。その周囲に熱絶縁(図には図示せず)が配置され、これは、例えば気泡状のグラファイト絶縁材料を含んでよく、その空孔率は特に、グラファイト坩堝材料の空孔率よりも高い。 The growth crucible 102, including the crucible lid 112, may be manufactured from an electrically and thermally conductive graphite crucible material. Thermal insulation (not shown in the figures) is disposed around it, which may include, for example, a cellular graphite insulation material, the porosity of which is in particular higher than the porosity of the graphite crucible material.

誘導加熱の場合、熱絶縁された成長坩堝102は、管状の容器(図1には図示せず)の内部に置かれ、容器は、石英ガラス管として構成されてよく、オートクレーブまたは反応器を形成する。加熱コイル116の形態の誘導加熱装置が、容器の周囲に配置されて、成長坩堝102を加熱する。加熱コイル116は、成長坩堝102の導電性の坩堝壁(サセプタ)内に電流を誘導結合することにより、所要の温度場を生成する。この電流は、実質的に、円形かつ中空で円筒形の坩堝壁の中を周方向に循環電流として流れ、その過程で成長坩堝102を加熱する。サセプタは、グラファイト、TaC、WC、Ta、W、またはその他の耐熱金属から作ることができ、また、坩堝102の一体部分であっても、または坩堝壁に近い別個の部分であってもよい。サセプタの主要な目的は、坩堝102の内側の熱源を提供することである。サセプタが誘導によって加熱されると、サセプタの表面は高い温度に達し、その温度が次いで、伝導および/または放射を通じて坩堝102の内側に移される。 In the case of induction heating, the thermally insulated growth crucible 102 is placed inside a tubular container (not shown in FIG. 1), which may be configured as a quartz glass tube, forming an autoclave or reactor. An induction heater in the form of a heating coil 116 is placed around the container to heat the growth crucible 102. The heating coil 116 generates the required temperature field by inductively coupling a current into the conductive crucible wall (susceptor) of the growth crucible 102. This current flows as a circulating current in the circumferential direction in the substantially circular, hollow, cylindrical crucible wall, heating the growth crucible 102 in the process. The susceptor can be made of graphite, TaC, WC, Ta, W, or other refractory metals, and can be an integral part of the crucible 102 or a separate part close to the crucible wall. The primary purpose of the susceptor is to provide a heat source inside the crucible 102. When the susceptor is heated by induction, the surface of the susceptor reaches a high temperature, which is then transferred to the inside of the crucible 102 through conduction and/or radiation.

上述したように、コイル116は、誘導加熱の場合はガラス管の外側に取り付けられ、通常は、電磁放射を遮断するためのファラデーケージ(図1では見えていない)によって包囲される。抵抗加熱の場合、コイル116は、反応器の中、および熱絶縁の中にも取り付けられ、それにより、坩堝102と密接する。本開示の原理は、両方の加熱技術に適用可能である。よって、コイル116は、以下ではより広く加熱手段と呼ばれ、誘導加熱と抵抗加熱の両方(またはそれらの組合せ)を包含する。さらに、本開示では、コイルの巻き線は、丸い、具体的には円形または楕円形の断面を有するものとして図示されることに留意されたい。しかし、コイル巻き線は、方形または矩形などの他の好適な断面を有してもよい。 As mentioned above, the coil 116 is mounted on the outside of the glass tube in the case of induction heating and is usually surrounded by a Faraday cage (not visible in FIG. 1) to block electromagnetic radiation. In the case of resistance heating, the coil 116 is also mounted within the reactor and within the thermal insulation, so that it is in close contact with the crucible 102. The principles of the present disclosure are applicable to both heating techniques. Thus, the coil 116 is hereinafter more broadly referred to as a heating means, which encompasses both induction heating and resistance heating (or a combination thereof). Furthermore, it should be noted that in the present disclosure, the coil windings are illustrated as having a round, specifically circular or elliptical cross-section. However, the coil windings may have other suitable cross-sections, such as square or rectangular.

図1に示すように、コイル116は、少なくとも1つの変形領域115を有し、この領域では、コイル116の断面が、残りの巻き線の円形の断面から逸脱する。図1では、この逸脱は、変形領域115内の楕円形の断面につながる圧縮として描かれている。無論、他の断面の不規則性がコイル116に適用されてもよい。変形領域115では、変形した巻き線と隣り合う巻き線との間の距離が、変形されていない残りの巻き線間の通常の距離d_1と比べて、距離d_2に拡大される。 As shown in FIG. 1, the coil 116 has at least one deformation region 115, where the cross section of the coil 116 deviates from the circular cross section of the remaining windings. In FIG. 1, this deviation is depicted as a compression that leads to an elliptical cross section in the deformation region 115. Of course, other cross-sectional irregularities may be applied to the coil 116. In the deformation region 115, the distance between the deformed winding and the adjacent winding is enlarged to a distance d_2, as compared to the normal distance d_1 between the remaining undeformed windings.

動作時、円周の例えば10°から90°、好ましくは10°から45°、をカバーし得る、この変形領域115に起因する構造的非対称性が、温度場に不規則性を生じさせる。この不規則性は、径方向(坩堝の円周の周り)と、軸方向(中心軸120に沿って)の両方に延びる。 In operation, the structural asymmetry caused by this deformation region 115, which may cover, for example, 10° to 90°, preferably 10° to 45°, of the circumference, creates irregularities in the temperature field. These irregularities extend both radially (around the circumference of the crucible) and axially (along the central axis 120).

本開示によると、昇華システムはさらに回転駆動装置(図には図示せず)を備え、これは、加熱手段116が、空間的に変化する温度場を生成している間に、中心軸120の周りで矢印118によって表されるシード結晶110の回転運動を引き起こす。回転の方向は、言うまでもなく任意である。 According to the present disclosure, the sublimation system further comprises a rotational drive (not shown in the figures), which induces a rotational movement of the seed crystal 110, represented by arrow 118, about a central axis 120 while the heating means 116 generates a spatially varying temperature field. The direction of rotation is of course arbitrary.

空間的に不均質な温度場内での成長する単結晶と併せたシード結晶の回転運動は、シード結晶が成長する単結晶と共に、時間変動する、言い換えると揺らぐ、温度場を経験するという効果を実現する。成長する結晶に作用する温度場のこの動的な変動は、成長する単結晶内部の螺旋転位およびステップ転位を動かして、転位が互いと遭遇して互いを消滅させる機会を得るようにする。 The rotational motion of the seed crystal together with the growing single crystal in a spatially inhomogeneous temperature field achieves the effect that the seed crystal experiences a time-varying, or in other words fluctuating, temperature field along with the growing single crystal. This dynamic variation of the temperature field acting on the growing crystal moves screw and step dislocations within the growing single crystal such that the dislocations have the opportunity to encounter and annihilate each other.

言い換えると、成長する結晶は、構造的に非対称的な成長システムの、温度場との関連での成長する結晶の回転運動との組合せに起因する周期的な温度循環を受ける。 In other words, the growing crystal undergoes periodic temperature cycling resulting from the combination of a structurally asymmetric growth system with a rotational motion of the growing crystal relative to the temperature field.

螺旋転位およびステップ転位を可動化するために、シード結晶110の回転軸から同じ径方向距離にある、成長する結晶の特定の高さにある2つの点で測定される温度は、少なくとも2K、最大で15K、異ならなければならないことが示され得る。好ましくは、温度は5K異なるべきである。 It can be shown that in order to mobilize screw and step dislocations, the temperatures measured at two points at a certain height of the growing crystal, at the same radial distance from the rotation axis of the seed crystal 110, must differ by at least 2 K and at most 15 K. Preferably, the temperatures should differ by 5 K.

温度の不規則性の軸方向位置は、現在の成長/気相境界に対応してもよいし、またはシード結晶110と現在の成長/気相境界との間のいずれかの場所にあってもよい。これは、周期的な温度循環が、成長する結晶のまさに表面に、またはより深い領域に作用して、発生したばかりのまたは以前に発生した螺旋転位および/または刃状転位を可動化することを意味する。 The axial location of the temperature irregularities may correspond to the current growth/gas boundary or may be anywhere between the seed crystal 110 and the current growth/gas boundary. This means that the periodic temperature cycling acts on the very surface of the growing crystal or in deeper regions to mobilize newly generated or previously generated screw and/or edge dislocations.

径方向距離は、成長した結晶から機械加工される基板の最終直径に対応し得るが、この対応に限定されない。また、直径は、結果的に得られるSiC基板の対応する半径よりも大きいまたは小さいことが可能である。 The radial distance may correspond to, but is not limited to, the final diameter of the substrate that will be machined from the grown crystal. Also, the diameter can be larger or smaller than the corresponding radius of the resulting SiC substrate.

成長する結晶はまた、様々な局所最大温度および最小温度に曝されることも可能であり、これは、構造的に非対称的な成長システムが、生じる温度場にその長手軸に沿って複数の非対称性および不規則性を有することができるからであり、各々は、円周の10°から90°、好ましくは10°から45°、の径方向の広がりを有する。 The growing crystal can also be exposed to a variety of local temperature maxima and minima, since a structurally asymmetric growth system can have multiple asymmetries and irregularities in the resulting temperature field along its longitudinal axis, each having a radial extent of 10° to 90°, preferably 10° to 45°, of the circumference.

例えば、150mmの基板直径(すなわち、75mmの半径)の場合、温度の不規則性の大きさは、10°から90°の径方向の広がりに対応してよく、よって、1.3cmから最大11.8cm、好ましくは10°から45°、よって最大5.9cmであり得る。これらの値は、円弧Lについての以下の式でr=7.5cmの半径を使用して計算されるものであり、
L=[α・π・r]/180
式中、αは、度単位の角度値である。
For example, for a substrate diameter of 150 mm (i.e., a radius of 75 mm), the magnitude of the temperature irregularity may correspond to a radial spread of 10° to 90°, and thus may be from 1.3 cm up to 11.8 cm, and preferably from 10° to 45°, and thus up to 5.9 cm. These values are calculated using a radius of r=7.5 cm with the following formula for the arc L:
L=[α・π・r]/180
where α is the angle value in degrees.

したがって、200mmの直径の場合、それぞれの値は、半径r=10.0cmを使用して適合されればよい。 Therefore, for a diameter of 200 mm, the respective values can be fitted using a radius r = 10.0 cm.

さらに、螺旋転位およびステップ転位の最適な可動化は、シード結晶を、成長する単結晶と共に加熱手段との関係で、1rpm(毎分回転数)から60rpmの範囲、好ましくは10rpmの回転速度で回転させるときに達成することができる。 Furthermore, optimal mobilization of screw and step dislocations can be achieved when the seed crystal, together with the growing single crystal, is rotated relative to the heating means at a rotational speed in the range of 1 rpm (revolutions per minute) to 60 rpm, preferably 10 rpm.

本発明による回転は、不均質な温度場が、成長する単結晶に対して移動する限り、回転駆動装置を昇華システム100の様々な構成要素に取り付けることによって機械的に提供され得る。例えば、シード結晶110の固定部を加熱コイル116に対して回転させることができ、静止した絶縁体がある。さらに、加熱コイルおよび絶縁体が静止していて、坩堝102を回転させることができる。さらに、加熱コイルが静止している状態で、坩堝および絶縁体を加熱コイル116に対して回転させることができる。複数の要素を回転させるための任意の好適な組合せが適用されてもよい。 Rotation according to the present invention can be provided mechanically by attaching rotational drives to various components of the sublimation system 100, as long as the inhomogeneous temperature field moves relative to the growing single crystal. For example, the fixed part of the seed crystal 110 can be rotated relative to the heating coil 116, with a stationary insulator. Additionally, the heating coil and insulator can be stationary and the crucible 102 can be rotated. Additionally, the crucible and insulator can be rotated relative to the heating coil 116, with the heating coil stationary. Any suitable combination for rotating multiple elements may be applied.

図2は、不均一な温度場を作り出すためにどのようにして加熱手段116の回転対称性を乱し得るかの別の例を示す。昇華システム100の残りの特徴は、図1に示される昇華システム100の特徴に対応することに留意されたい。 Figure 2 shows another example of how the rotational symmetry of the heating means 116 can be perturbed to create a non-uniform temperature field. Note that the remaining features of the sublimation system 100 correspond to the features of the sublimation system 100 shown in Figure 1.

図2によると、加熱手段は加熱コイル116を備え、これは、そのすべての巻きにわたって実質的に均一の断面を有するが、軸方向に(すなわち、中心軸120に沿って)変位された円周の一部にある巻きを少なくとも1つ有する。よって、残りの巻きはすべて互いから均一の距離d_1を有するのに対し、コイル116の変位領域122は、近い方の隣接する巻きに対しては低減した距離d_3(d_1よりも小さい)、遠い方の隣接する巻きに対しては増大した距離d_2(d_1よりも大きい)を有する。この意図的な非対称性により、不均一な温度場が生成され、これが、図1を参照して上記で説明された回転運動と共に、結晶成長領域106内で成長する結晶によって動的な温度場が経験されることにつながる。 According to FIG. 2, the heating means comprises a heating coil 116, which has a substantially uniform cross section over all its turns, but has at least one turn that is axially (i.e., along a central axis 120) displaced in a portion of its circumference. Thus, while all remaining turns have a uniform distance d_1 from each other, the displaced region 122 of the coil 116 has a reduced distance d_3 (smaller than d_1) to the near adjacent turn and an increased distance d_2 (larger than d_1) to the far adjacent turn. This intentional asymmetry creates a non-uniform temperature field, which, together with the rotational motion described above with reference to FIG. 1, leads to a dynamic temperature field being experienced by the growing crystal in the crystal growth region 106.

コイル116の円周に沿って、通常の距離d_1からそれぞれ最大に変位した(最大)値d_2およびd_3への推移は、漸進的な推移であってよいことに留意されたい。しかし、無論、それぞれの急な曲げを適用することにより、段状の変位が提供されてもよい。ここでも、コイルの不規則性は、コイル116の全360°の円周の10°から90°、好ましくは10°から45°に沿って提供されてよい。 It should be noted that the transition from the normal distance d_1 to the respective maximum displacement (maximum) values d_2 and d_3 along the circumference of the coil 116 may be a gradual transition. However, of course, a step-like transition may be provided by applying respective sharp bends. Again, the coil irregularity may be provided along 10° to 90°, preferably 10° to 45°, of the full 360° circumference of the coil 116.

そして、回転は、図1に関して上記で述べられたように行われる。 The rotation is then performed as described above with respect to FIG. 1.

図3は、不均一な温度場を作り出すためにどのように加熱手段116の回転対称を乱し得るかの別の例を示す。昇華システム100の残りの特徴は、図1に示される昇華システム100の特徴に対応することに留意されたい。 Figure 3 shows another example of how the rotational symmetry of the heating means 116 can be perturbed to create a non-uniform temperature field. Note that the remaining features of the sublimation system 100 correspond to the features of the sublimation system 100 shown in Figure 1.

図3に示される例によれば、コイル116のすべての巻き線が、増大した傾斜を有するように中心軸120に沿ってずらされる。よって、各巻き線の2つの互いに対向する領域同士は、例えば距離d_1だけ軸方向にオフセットされている。この結果は回転非対称の温度場となり、それを、図1の例に関して述べられた構成のいずれかに従う回転により、成長する単結晶が周期的に通過する。 According to the example shown in FIG. 3, all the windings of the coil 116 are shifted along the central axis 120 with an increased inclination. Thus, two mutually facing regions of each winding are axially offset, for example, by a distance d_1. This results in a rotationally asymmetric temperature field through which the growing single crystal is periodically passed by rotation according to any of the configurations described for the example of FIG. 1.

さらに、意図的な構造的非対称性は、加熱コイル116の電気接点124を、坩堝102を取り囲むエリアに配置することによって昇華システム100に導入することもできる。この例が図4に示される。電流を供給する電気接点124の少なくとも1つは、加熱コイル116の周方向端部に位置するのではなく、それらが坩堝102の近く、特に結晶成長領域106の近くに構造的非対称性を構成する領域へと、軸方向に移動される。よって、動作中、加熱コイル116は不均一な温度場を生成し、それを通して、成長する単結晶を回転させる。この回転は、成長する単結晶 パルス状の温度場につながり、ステップ転位および螺旋転位を可動化する。移動するステップ転位および螺旋転位は、互いと遭遇して互いを消滅させ、それにより成長した単結晶ブールの全体的な品質を大幅に向上させる可能性がある。 Furthermore, intentional structural asymmetry can also be introduced into the sublimation system 100 by locating the electrical contacts 124 of the heating coil 116 in the area surrounding the crucible 102. An example of this is shown in FIG. 4. At least one of the electrical contacts 124 that supply current is not located at the circumferential ends of the heating coil 116, but is moved axially to an area where they constitute a structural asymmetry near the crucible 102, particularly near the crystal growth region 106. Thus, during operation, the heating coil 116 generates a non-uniform temperature field through which the growing single crystal rotates. This rotation leads to a pulsed temperature field in the growing single crystal, mobilizing step and screw dislocations. The moving step and screw dislocations encounter each other and annihilate each other, which can significantly improve the overall quality of the grown single crystal boule.

図5は、本開示のさらなる例による昇華システム100の上面図を示す。この図では、加熱コイル116は、外部環境を電磁放射から遮蔽する遮蔽126の内部に配置されている。コイル116は、シード結晶110が内部にある反応器114を取り囲む。 Figure 5 shows a top view of a sublimation system 100 according to a further example of the present disclosure. In this view, the heating coil 116 is disposed inside a shield 126 that shields the external environment from electromagnetic radiation. The coil 116 surrounds a reactor 114 in which the seed crystal 110 resides.

この有利な例によると、1つまたは複数の第1の磁極片128(極片とも呼ばれる)が、コイルの巻き線に沿って、1つまたは複数の異なる位置(および軸方向高さ)に配置される。これらの磁極片128は、コイル116によって生成される電磁場の誘導素子として機能する。よって、結果として生じる温度場に意図的な非対称性が導入される。前の例を参照して述べたように、昇華システム100はさらに回転駆動装置(図には図示せず)を備え、これは、加熱手段116が、空間的に変化する温度場を生成している間に、中心軸120の周りで矢印118によって表されるシード結晶110の回転運動を引き起こす。回転の方向は、言うまでもなく任意である。 According to this advantageous example, one or more first pole pieces 128 (also called pole pieces) are arranged at one or more different positions (and axial heights) along the windings of the coil. These pole pieces 128 act as inductive elements of the electromagnetic field generated by the coil 116. Thus, an intentional asymmetry is introduced in the resulting temperature field. As mentioned with reference to the previous example, the sublimation system 100 further comprises a rotational drive (not shown in the figures), which causes a rotational movement of the seed crystal 110, represented by the arrow 118, around the central axis 120 while the heating means 116 generate a spatially varying temperature field. The direction of rotation is of course arbitrary.

空間的に不均質な温度場内での成長する単結晶と併せたシード結晶110の回転運動118は、シード結晶110が成長する単結晶と共に、時間変動する、言い換えると揺らぐ、温度場を経験するという効果を実現する。この動的な変動は、成長する単結晶内部の螺旋転位およびステップ転位を動かして、転位が互いと遭遇して互いを消滅させる機会を得るようにする。 The rotational motion 118 of the seed crystal 110 together with the growing single crystal in the spatially inhomogeneous temperature field achieves the effect that the seed crystal 110 along with the growing single crystal experiences a time-varying, or in other words, fluctuating, temperature field. This dynamic fluctuation moves the screw and step dislocations within the growing single crystal such that the dislocations have the opportunity to encounter and annihilate each other.

言い換えると、成長する結晶は、構造的に非対称的な成長システムの、温度場との関連での成長する結晶の回転運動との組合せに起因する周期的な温度循環を受ける。 In other words, the growing crystal undergoes periodic temperature cycling resulting from the combination of a structurally asymmetric growth system with a rotational motion of the growing crystal relative to the temperature field.

本開示による回転は、不均質な温度場が、成長する単結晶に対して移動する限り、回転駆動装置を様々な構成要素に取り付けることによって機械的に提供され得る。例えば、シード結晶110の固定部を、加熱コイル116に対して回転させることができ、静止した絶縁体がある。さらに、加熱コイルおよび絶縁体が静止していて、坩堝102を回転させることができる。さらに、加熱コイルが静止している状態で、坩堝および絶縁体を加熱コイル116に対して回転させることができる。複数の要素を回転させるための任意の好適な組合せが適用されてもよい。 Rotation according to the present disclosure may be provided mechanically by attaching rotational drives to the various components, so long as the inhomogeneous temperature field moves relative to the growing single crystal. For example, the fixed part of the seed crystal 110 may be rotated relative to the heating coil 116, with a stationary insulator. Additionally, the crucible 102 may be rotated, with the heating coil and insulator stationary. Additionally, the crucible and insulator may be rotated relative to the heating coil 116, with the heating coil stationary. Any suitable combination for rotating multiple elements may be applied.

追加または代替として、第2の磁極片130が、電磁遮蔽126に設けられて、遮蔽126とコイル116との間の間隙内に延びてよい。ここでも、この磁極片130は、坩堝102の近く、特に結晶成長領域106の近くに、構造的な非対称性を構成する。よって、動作中、加熱コイル116は不均一な温度場を生成し、それを通して、成長する単結晶を回転させる。この回転は、成長する単結晶 パルス状の温度場につながり、ステップ転位および螺旋転位を可動化する。移動するステップ転位および螺旋転位は、互いと遭遇して互いを消滅させ、それにより成長した単結晶ブールの全体的な品質を大幅に向上させる可能性がある。 Additionally or alternatively, a second pole piece 130 may be provided on the electromagnetic shield 126 and extend into the gap between the shield 126 and the coil 116. Again, this pole piece 130 creates a structural asymmetry near the crucible 102, particularly near the crystal growth region 106. Thus, during operation, the heating coil 116 creates a non-uniform temperature field through which the growing single crystal rotates. This rotation leads to a pulsed temperature field in the growing single crystal, mobilizing step and screw dislocations. The moving step and screw dislocations may encounter and annihilate each other, thereby significantly improving the overall quality of the grown single crystal boule.

図6は、さらなる有利な例による昇華システム100を上面図として示す。この図に示すように、温度場の非対称性は、非対称の遮蔽126および遮蔽126の金属製ホルダ132によって生じさせてもよい。ホルダ132は有利には、コイル116と遮蔽126との間の間隙内に延びてよい。 6 shows a top view of a sublimation system 100 according to a further advantageous example. As shown in this figure, the asymmetry of the temperature field may be created by an asymmetric shield 126 and a metallic holder 132 for the shield 126. The holder 132 may advantageously extend into the gap between the coil 116 and the shield 126.

よって、動作中、加熱コイル116は不均一な温度場を生成し、それを通して、矢印118で示されるように、成長する単結晶を回転させる。よって、成長する単結晶中の螺旋転位およびステップ転位が可動化され、そのため、それらが互いと遭遇して互いを消滅させ得る。 Thus, during operation, the heating coil 116 creates a non-uniform temperature field through which the growing single crystal is rotated, as indicated by arrow 118. Thus, screw and step dislocations in the growing single crystal are mobilized so that they can encounter and annihilate each other.

次いで図7に移ると、本開示の原理はさらに、2つの単結晶ブールを同時に成長させるように動作可能な昇華システム200に適用されてよい。このために、坩堝202は、第1のシード結晶210Aおよび第2のシード結晶210Bを備えている。図7は、図4に示す構成と同様の例を示す。しかし、例えば欧州特許第2664695号明細書に記載されるように、非対称の温度場を生成する任意の他の可能性が、2つ以上の単結晶ブールを同時に成長させるための昇華システム200に適用されてもよいことが明らかである。 Turning now to FIG. 7, the principles of the present disclosure may further be applied to a sublimation system 200 operable to grow two single crystal boules simultaneously. To this end, a crucible 202 is provided with a first seed crystal 210A and a second seed crystal 210B. FIG. 7 shows an example similar to the configuration shown in FIG. 4. However, it is clear that any other possibility of generating an asymmetric temperature field, as described for example in EP 2 664 695, may be applied to the sublimation system 200 for growing two or more single crystal boules simultaneously.

詳細には、図7は、2つのSiCバルク結晶を同時に成長させるための物理的気相輸送(PVT)成長システム200の模式的断面図を示す。システム200は坩堝202を備え、坩堝は、SiC原材料であるSiC粉末208を収容した中央の原材料区画234を含んでいる。 In particular, FIG. 7 shows a schematic cross-sectional view of a physical vapor transport (PVT) growth system 200 for simultaneously growing two SiC bulk crystals. The system 200 comprises a crucible 202, which includes a central source compartment 234 containing SiC powder 208, a SiC source material.

2つのシード結晶210Aおよび210Bは、成長領域206Aおよび206Bに配置される。成長領域206Aおよび206Bの各々は、ガス透過性の多孔バリア236A、236Bによって粉末状の、圧縮された、または固体のSiC原材料208から隔てられている。よって、気体状のSiおよびC含有成分だけが成長領域206Aおよび206Bに入ることが確実にされる。加熱コイル216が、必要な温度場を与える。温度場の非対称性は、結晶成長領域206A、206Bの近傍に電気接点224を設けることによって実現される。 Two seed crystals 210A and 210B are placed in the growth regions 206A and 206B. Each of the growth regions 206A and 206B is separated from the powdered, compressed, or solid SiC source material 208 by a gas-permeable porous barrier 236A, 236B, thus ensuring that only gaseous Si- and C-containing components enter the growth regions 206A and 206B. A heating coil 216 provides the necessary temperature field. The asymmetry of the temperature field is achieved by providing electrical contacts 224 in the vicinity of the crystal growth regions 206A, 206B.

シード結晶210A、210Bは両方とも、上記で図1~図6を参照して述べたように、成長する単結晶の中のステップ転位および/または螺旋転位を可動化するために、コイル216によって生成される非対称な温度場の中で回転させる。 Both seed crystals 210A, 210B are rotated in an asymmetric temperature field generated by coil 216 to mobilize step and/or screw dislocations in the growing single crystal, as described above with reference to Figures 1-6.

要約すると、本開示は、結晶成長中に、可能な限り均一で回転対称な温度場を実現することを試みる代わりに、成長する結晶が時間可変の温度場を経験するようにすることも可能であるという発想に基づく。本開示の発明者らは、そのような時間的変動が、任意の形成されている螺旋転位および/またはステップ転位を動かし、それにより、転位が互いと遭遇し、互いを消滅させ得ることを発見した。詳細には、理想的に均質な場は、望まれる結晶品質を得るには明らかに十分でないため、ここに提示される手法は、転位が互いを打ち消し合うように、成長中に、周期的に変化する温度場によって転位の移動を誘起するものである。 In summary, the present disclosure is based on the idea that instead of trying to achieve a temperature field that is as uniform and rotationally symmetric as possible during crystal growth, it is also possible to have the growing crystal experience a time-variable temperature field. The inventors of the present disclosure have discovered that such a time variation can move any formed screw and/or step dislocations, so that they encounter and annihilate each other. In particular, since an ideally homogeneous field is clearly not sufficient to obtain the desired crystal quality, the approach presented here is to induce the movement of dislocations during growth by a periodically varying temperature field, so that the dislocations cancel each other out.

この目的のために、いくつかの条件が満たされなければならない。螺旋転位およびステップ転位がほぼない結晶を成長させるという技術的問題の解決は、一方では、成長坩堝への不均質で径方向に非対称の熱結合を意図的に生じさせる成長システムの設計にある。 For this purpose, several conditions must be met. The solution to the technical problem of growing crystals that are nearly free of screw and step dislocations lies on the one hand in the design of a growth system that deliberately creates an inhomogeneous and radially asymmetric thermal coupling to the growth crucible.

そのような不均質で非対称的な熱結合は、例えば結晶成長システムの以下の特徴によって実現されてよい:
・不均等な位置合わせによる、コイル巻きの非等距離の間隔
・巻きの不均一な構成によるコイル巻きの非等距離の間隔
・サセプタおよび成長坩堝のエリア内のコイル/抵抗ヒータへの入口および出口
・(サセプタおよび成長坩堝のエリア内の)コイルの巻き線端
・1つまたは複数の誘導磁界ガイド、例えば少なくとも1つの金属製支柱、磁極片等の挿入;伝導性の構成要素は、誘導コイルに直接取り付けることも、または誘導コイルと電磁遮蔽との間に取り付けることも可能である
・電磁場の非対称な遮蔽の使用
Such non-homogeneous and asymmetric thermal coupling may be achieved, for example, by the following features of the crystal growth system:
Non-equidistant spacing of the coil turns due to uneven alignment Non-equidistant spacing of the coil turns due to uneven configuration of the turns Inlets and outlets to the coil/resistance heater in the area of the susceptor and growth crucible Ends of the coil turns (in the area of the susceptor and growth crucible) Insertion of one or more induction field guides, e.g. at least one metallic post, pole piece, etc.; the conductive components can be attached directly to the induction coil or between the induction coil and the electromagnetic shield Use of asymmetric shielding of the electromagnetic field

他方で、螺旋転位および/またはステップ転位がほぼない結晶を成長させるという技術的問題の解決は、不均質に熱結合する成長システム内に回転装置を設置することにある。 On the other hand, a solution to the technical problem of growing crystals that are nearly free of screw and/or step dislocations consists in installing a rotating device within the growth system that is inhomogeneously thermally coupled.

回転は、以下の構成において転位の動態を引き起こすことができる:
・静止している絶縁体/コイル/抵抗加熱と併せたシードの回転
・静止している絶縁体/コイル/抵抗加熱と併せた坩堝の回転
・静止しているコイル/抵抗加熱と併せた坩堝および絶縁体の回転
・複数の要素を回転させるための組合せ
Rotation can induce dislocation dynamics in the following configurations:
Rotating seed with stationary insulator/coil/resistance heating Rotating crucible with stationary insulator/coil/resistance heating Rotating crucible and insulator with stationary coil/resistance heating Combinations for rotating multiple elements

螺旋転位およびステップ転位を可動化する動的な方法が実施されるのは、本発明による回転装置と非対称的な成長システムの組合せを通じてである。この可動化は、転位が互いと出会い、打ち消し合うことを可能にする。 It is through the combination of the rotating device and the asymmetric growth system according to the present invention that a dynamic method of mobilizing screw and step dislocations is implemented. This mobilization allows the dislocations to meet and cancel each other.

成長する結晶は、回転により、低温のエリアおよび高温のエリアを反復的に(正弦波状に)通過し、これは、この結晶成長システムの特殊な設計と、その結果生じる非対称的な熱結合とからもたらされる。 The growing crystal rotates through cold and hot areas in a repetitive (sinusoidal) manner due to the special design of the crystal growth system and the resulting asymmetric thermal coupling.

転位を可動化するために、結晶から作製される基板の直径上の2つの点で測定される温度は、少なくとも2K、最大で15K、好ましくは5K、異ならなければならない。回転周波数は、転位の最適な可動化のためには、毎分1から60回転(rpm)、好ましくは10rpm、であるべきである。5Kの温度差と10rpmとのこの組合せは、結果として、螺旋転位およびステップ転位を可動化するための理想的な条件をもたらす。 To mobilize dislocations, the temperatures measured at two points on the diameter of a substrate made from the crystal must differ by at least 2 K, and at most 15 K, and preferably 5 K. The rotation frequency should be between 1 and 60 revolutions per minute (rpm), preferably 10 rpm, for optimal mobilization of dislocations. This combination of a 5 K temperature difference and 10 rpm results in ideal conditions for mobilizing screw and step dislocations.

回転装置と組み合わせた成長システムへの意図的な非対称性の導入を通じて、転位、すなわちTSDおよびTEDが可動化され、適切な条件下では、互いと出会ったときに互いを打ち消し合うことができる。これは、全体的な転位予算を低減し、成長した単結晶の品質を向上させる。 Through the intentional introduction of asymmetry into the growth system in combination with the rotation device, dislocations, namely TSDs and TEDs, are mobilized and, under appropriate conditions, can cancel each other out when they meet. This reduces the overall dislocation budget and improves the quality of the grown single crystal.

100、200 昇華システム、PVTシステム
102、202 坩堝
104 SiC供給領域、原材料区画
106、206A、206B 結晶成長領域
108、208 原材料
110、210A、210B シード結晶
112 坩堝の蓋
114 容器、反応器
115 変形領域
116、216 誘導または抵抗加熱コイル、加熱手段
118、218 回転運動
120、220 中心軸
122 変位領域
124、224 電気接点
126 遮蔽
128 第1の磁極片
130 第2の磁極片
132 ホルダ
234 原材料区画
236A、236B バリア
800 PVTシステム
802 坩堝
804 SiC供給領域
806 結晶成長領域
808 原材料
810 シード結晶
812 坩堝の蓋
814 容器、反応器
816 誘導加熱コイル
100, 200 Sublimation system, PVT system 102, 202 Crucible 104 SiC supply area, source material compartment 106, 206A, 206B Crystal growth area 108, 208 Source material 110, 210A, 210B Seed crystal 112 Crucible lid 114 Container, reactor 115 Deformation area 116, 216 Induction or resistance heating coil, heating means 118, 218 Rotational movement 120, 220 Central axis 122 Displacement area 124, 224 Electrical contacts 126 Shielding 128 First pole piece 130 Second pole piece 132 Holder 234 Source material compartment 236A, 236B Barrier 800 PVT system 802 Crucible 804 SiC supply area 806 Crystal growth area 808 Raw material 810 Seed crystal 812 Crucible lid 814 Container, reactor 816 Induction heating coil

Claims (15)

昇華成長法により半導体材料の少なくとも1つの単結晶を成長させるための昇華システムであって、前記昇華システム(100)が、
長手軸(120)を有し、少なくとも1つのシード結晶(110)のための固定手段と、原材料(108)を収容するための少なくとも1つの原材料区画(104)とを備えた、坩堝(102)と、
前記坩堝の円周の周りで、前記坩堝の前記長手軸に沿った1つまたは複数の定められた高さに、不規則な温度場を生成するように形成された加熱システムと、
前記加熱システムに対する、前記長手軸を中心とした前記固定手段の回転運動を生じさせるように動作可能な回転駆動装置と、を備える昇華システム。
A sublimation system for growing at least one single crystal of a semiconductor material by sublimation growth, the sublimation system (100) comprising:
A crucible (102) having a longitudinal axis (120) and comprising fixing means for at least one seed crystal (110) and at least one source material compartment (104) for receiving source material (108);
a heating system configured to generate a random temperature field around a circumference of the crucible at one or more defined heights along the longitudinal axis of the crucible;
a rotational drive operable to cause rotational movement of said fastening means about said longitudinal axis relative to said heating system.
前記加熱システムが、電磁場を生成するように動作可能な誘導コイル(116)および/または抵抗加熱コイル(116)を備え、前記誘導コイル(116)および/または前記抵抗加熱コイル(116)が前記坩堝(102)を少なくとも部分的に取り囲んでいる、請求項1に記載の昇華システム。 The sublimation system of claim 1, wherein the heating system comprises an induction coil (116) and/or a resistive heating coil (116) operable to generate an electromagnetic field, the induction coil (116) and/or the resistive heating coil (116) at least partially surrounding the crucible (102). 前記加熱システムが、前記電磁場を操作するための電磁場制御要素を備える、請求項2に記載の昇華システム。 The sublimation system of claim 2, wherein the heating system includes an electromagnetic field control element for manipulating the electromagnetic field. 前記電磁場制御要素が、金属製の支柱部材および/または極片を備える、請求項3に記載の昇華システム。 The sublimation system of claim 3, wherein the electromagnetic field control elements comprise metallic support members and/or pole pieces. 前記コイル(116)が、その巻き線の少なくとも1つに変形した断面を有する、および/または、前記コイル(116)が、隣り合う巻き線から異なる距離を有するように配置された少なくとも1つの巻き線を有する、請求項2から4の一項に記載の昇華システム。 The sublimation system of any one of claims 2 to 4, wherein the coil (116) has a deformed cross-section in at least one of its windings and/or the coil (116) has at least one winding arranged to have a different distance from adjacent windings. 前記コイル(116)が、前記坩堝(102)に近接する軸方向位置に配置された、少なくとも1つの電気接点(124)を備える、請求項2から5の一項に記載の昇華システム。 The sublimation system of any one of claims 2 to 5, wherein the coil (116) comprises at least one electrical contact (124) disposed in an axial position adjacent to the crucible (102). 前記シード結晶(110)が前記坩堝(102)に対して回転可能となるように、前記回転駆動装置が前記固定手段に結合されている、および/または、前記坩堝(102)が前記加熱システムに対して回転可能となるように、前記回転駆動装置が前記坩堝(102)に結合されている、請求項1から6の一項に記載の昇華システム。 The sublimation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotary drive is coupled to the fixing means such that the seed crystal (110) is rotatable relative to the crucible (102) and/or the rotary drive is coupled to the crucible (102) such that the crucible (102) is rotatable relative to the heating system. 前記昇華システム(100)が熱絶縁要素を備え、前記回転駆動装置が、前記熱絶縁要素と前記坩堝(102)とに結合されており、それにより前記熱絶縁要素および前記坩堝(102)が前記加熱システムに対して回転可能である、請求項1から7の一項に記載の昇華システム。 The sublimation system of any one of claims 1 to 7, wherein the sublimation system (100) comprises a thermal insulation element, and the rotary drive is coupled to the thermal insulation element and the crucible (102), such that the thermal insulation element and the crucible (102) are rotatable relative to the heating system. 前記回転駆動装置が、1rpmから60rpmの範囲の、好ましくは10rpmの、回転速度を生じさせるように動作可能である、請求項1から8の一項に記載の昇華システム。 A sublimation system according to any one of claims 1 to 8, wherein the rotary drive is operable to produce a rotational speed in the range of 1 rpm to 60 rpm, preferably 10 rpm. 昇華成長法により半導体材料の少なくとも1つの単結晶を成長させる方法であって、
長手軸を有する坩堝(102)を用意し、少なくとも1つのシード結晶(110)を前記坩堝の固定手段に固定し、少なくとも1つの原材料区画(104)に原材料(108)を充填することと、
加熱システムを用いて、前記坩堝(102)の円周の周りに前記坩堝(102)の前記長手軸に沿って、不規則な温度場を生成することと、
前記成長する単結晶が時間変動する温度場に曝されるように、前記加熱システムに対する、前記長手軸を中心とした前記固定手段の回転運動を生じさせることと、を含む方法。
1. A method for growing at least one single crystal of a semiconductor material by sublimation growth, comprising the steps of:
Providing a crucible (102) having a longitudinal axis, fixing at least one seed crystal (110) to a fixing means of said crucible, and filling at least one source material compartment (104) with source material (108);
generating a random temperature field around the circumference of the crucible (102) and along the longitudinal axis of the crucible (102) using a heating system;
and causing a rotational movement of said fixing means about said longitudinal axis relative to said heating system such that said growing single crystal is exposed to a time-varying temperature field.
前記坩堝(102)と前記加熱システムとの間に熱絶縁体ユニットが設けられ、前記固定手段を前記熱絶縁体ユニットとの関係で回転させる、請求項10に記載の方法。 The method of claim 10, wherein a thermal insulator unit is provided between the crucible (102) and the heating system, and the fixing means is rotated relative to the thermal insulator unit. 前記坩堝を、前記加熱システムとの関係で、および/または前記坩堝と前記加熱システムとの間に設けられた熱絶縁体ユニットとの関係で回転させる、請求項10または11に記載の方法。 The method of claim 10 or 11, wherein the crucible is rotated relative to the heating system and/or relative to a thermal insulation unit provided between the crucible and the heating system. 前記坩堝と前記加熱システムとの間に熱絶縁体ユニットが設けられ、前記坩堝および前記熱絶縁体ユニットを前記加熱システムとの関係で回転させる、請求項10から12の一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 12, wherein a thermal insulator unit is provided between the crucible and the heating system, and the crucible and the thermal insulator unit are rotated relative to the heating system. 前記回転運動が、1rpmから60rpmの範囲の、好ましくは10rpmの、回転速度で行われる、請求項10から13の一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 10 to 13, wherein the rotational movement is performed at a rotational speed in the range of 1 rpm to 60 rpm, preferably 10 rpm. 前記生成される温度場が、互いと少なくとも2Kから15K以下異なる、好ましくは互いと5K異なる、領域を有する、請求項10から14の一項に記載の方法。
15. The method according to one of claims 10 to 14, wherein the generated temperature fields have regions which differ from each other by at least 2K and up to 15K, preferably by 5K.
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